2503工作面煤層自然發(fā)火滅火實踐與分析

梁 旭，趙多全

(陜西陜煤澄合礦業(yè)有限公司二礦分公司，陜西 澄城 715200)

0 引言

鴻森煤礦為設(shè)計生產(chǎn)能力45萬t/a的資源整合礦井，該礦副立井進(jìn)風(fēng)、主立井回風(fēng)，通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式。主立井地面安裝2臺FBZDZNO20 2×75 kW型礦用防爆對旋軸流式通風(fēng)機(jī)(1臺工作，1臺備用)，配套電機(jī)型號為YBF315L-10型隔爆電動機(jī)，額定功率為75 kW。礦井總風(fēng)量1 000 m3/min左右，負(fù)壓460 Pa左右。礦井目前布置1個綜采工作面(2501)、1個炮采工作面(2503已封閉)。澄合礦業(yè)公司二礦分公司在接受該礦托管后，在對礦井普查中發(fā)現(xiàn)總回風(fēng)巷及2503回風(fēng)巷密閉外CO等有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)，2503工作面存在煤層自然發(fā)火的現(xiàn)象。在確定該工作面存在火災(zāi)后，經(jīng)過研究及組織專家討論，采取向工作面注水的方法滅火。

1 工作面基本情況及火災(zāi)的判定

1.1 2503工作面基本情況

2503炮采工作面長度90 m左右，兩順槽長度500 m，全部垮落法管理頂板，工作面推采約50 m，采用工字鋼梯型棚支護(hù)。2503工作面在回采過程中發(fā)現(xiàn)距回風(fēng)巷20 m處采空區(qū)有冒煙現(xiàn)象，存在自然發(fā)火隱患，遂對該工作面施工3處密閉墻進(jìn)行了密閉，采取了隔絕氧氣滅火法，密閉墻均為240 mm厚磚墻，進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷密閉距巷口4 m，進(jìn)風(fēng)巷密閉距巷口約6.7 m，回風(fēng)巷密閉距巷口6.7 m。但在施工密閉時巷道頂幫均未掏槽，存在漏風(fēng)現(xiàn)象，對進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷密閉墻外采取了噴漿處理。

1.2 火災(zāi)的發(fā)現(xiàn)與判定

在接受該礦托管后，安排安通科管理人員對井下巷道進(jìn)行普查，發(fā)現(xiàn)總回風(fēng)巷及2503回風(fēng)巷密閉外CO等有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)。為確定情況，聯(lián)系澄合礦業(yè)公司救護(hù)隊進(jìn)行井下現(xiàn)場實際偵查及氣體監(jiān)測，經(jīng)2次取樣化驗分析(取樣分析結(jié)果見表1，2)，經(jīng)通風(fēng)處及相關(guān)專家初步判定，得出以下結(jié)論：原已封閉的2503工作面因密閉墻漏風(fēng)導(dǎo)致采空區(qū)發(fā)生煤層自燃火災(zāi)。

表1 現(xiàn)場氣體監(jiān)測結(jié)果表(閉墻外取樣，第1天)

表2 現(xiàn)場氣體監(jiān)測結(jié)果表(閉墻外取樣，第2天)

2 滅火方案的確定與實施

2.1 方案的制定

通過查閱圖紙資料、原鴻森煤業(yè)相關(guān)人員井下實際情況介紹、取樣化驗有害氣體濃度及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析，初步提出了礦井火災(zāi)治理方案，并制定火災(zāi)治理期間安全技術(shù)措施。

方案1灌水滅火：根據(jù)2503工作面地質(zhì)條件及實測標(biāo)高，該巷道外高內(nèi)低，具備灌水滅火的基礎(chǔ)條件，灌水使巷道封頂形成良好的密閉效果，杜絕巷道漏風(fēng)，起到隔絕氧氣滅火的作用。①對4#煤巷道進(jìn)風(fēng)閉墻進(jìn)行加固密實，封堵漏風(fēng)通道。礦井5#煤具有獨立通風(fēng)系統(tǒng)，與原4#煤通風(fēng)系統(tǒng)雖無關(guān)聯(lián)，但5#、4#煤層間距較小(10～20 m)，受2503工作面采動影響，隨著頂板垮落產(chǎn)生裂隙，裂隙有可能與上部4#煤巷道導(dǎo)通形成漏風(fēng)通道，存在4#煤系統(tǒng)向2503火區(qū)漏風(fēng)的可能性；②采取均壓措施，先將2503進(jìn)風(fēng)密閉打開2 400 mm×2 400 mm通風(fēng)孔，使部分風(fēng)流短路，以減少火區(qū)供風(fēng)量，實現(xiàn)火區(qū)壓力均衡；③在2503回風(fēng)閉墻的4/5高度處設(shè)置檢測管(直徑6分鋼管帶上截門)，使用輔助管監(jiān)測CO等氣體變化情況，從而判斷工作面的火災(zāi)情況；然后實施火區(qū)灌水滅火。采取從2503進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷閉墻處灌水，水淹火區(qū)。

方案2注氮氣滅火：氮氣可以充滿任何形狀的空間并將氧氣排擠出去，從而使火區(qū)中因氧含量不足而將火源熄滅，或者使采空區(qū)中因氧含量不足而使遺煤不能氧化自燃；在有瓦斯和火存在的氣體爆炸危險區(qū)內(nèi)，注入氮氣能使可燃性氣體失去爆炸性；向采空區(qū)或火區(qū)中大量注入氮氣后，可以增加采空區(qū)相對壓力，致使新鮮空氣難以漏入；氮氣防滅火必須與均壓和其它堵漏風(fēng)措施配合應(yīng)用。否則，如果注入氮氣的采空區(qū)或火區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，氮氣必然隨漏風(fēng)流失，難以起到防滅火作用。采用向火區(qū)壓注氮氣滅火，從2503進(jìn)風(fēng)閉墻打鉆向火區(qū)注入氮氣窒息、降溫，然后采用加固密閉，使火區(qū)逐漸熄滅。

2.2 方案的可行性分析及比較

可行性分析：①封閉4#煤巷道，封堵漏風(fēng)通道，對2503滅火有利，技術(shù)上可行；②2503進(jìn)風(fēng)巷外高里低，巷口標(biāo)高+279 m，工作面火區(qū)標(biāo)高+263～265 m，巷道標(biāo)高差達(dá)到14 m，為向火區(qū)灌水滅火提供了有利地質(zhì)條件。因此方案一、方案二在技術(shù)上均可行。

方案比較：①方案1優(yōu)點是條件便利，施工簡單，投資?。蝗秉c是灌水滅火過程中火區(qū)有害氣體在壓力作用下從2503回風(fēng)排出，致使2503回風(fēng)巷密閉處有害氣體短時間增大；②方案2優(yōu)點是可以充滿封閉范圍內(nèi)所有空間，有利于消滅頂部的火災(zāi)；滅火過程中不損害井巷和設(shè)備，使災(zāi)后恢復(fù)工作比較簡單；缺點是礦井設(shè)計缺少相應(yīng)的注氮系統(tǒng)，要實施該方案成本高，施工工藝復(fù)雜，存在較大危險性，在注氮過程中安全管控難度大。

2.3 滅火方案的實施過程

第一階段：前期保障工作(6月23日～6月26日)。根據(jù)現(xiàn)場氣體監(jiān)測及氣樣分析情況，研究制定2503工作面滅火方案，并對方案進(jìn)行分析論證，優(yōu)選滅火實施方案；制定滅火前期安全保障措施并實施，完善監(jiān)測監(jiān)控及通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，對CO等有害氣體進(jìn)行實時監(jiān)測；準(zhǔn)備滅火所需材料、工具、設(shè)備等物資，為滅火工作提供物資保障。并對4#煤巷道進(jìn)風(fēng)密閉墻進(jìn)行了噴漿加固密實，封堵漏風(fēng)通道。

第二階段：均壓滅火(6月26日)。6月26日對2503火區(qū)采取均壓措施。先將2503進(jìn)風(fēng)密閉打開24 cm×24 cm通風(fēng)孔，使部分風(fēng)流短路，以減少火區(qū)供風(fēng)量，實現(xiàn)火區(qū)壓力均衡。同時在2503回風(fēng)閉墻的4/5高度處設(shè)置檢測管(直徑1吋鋼管外帶截門)，使用輔助管監(jiān)測CO等氣體變化情況，用于取樣化驗分析密閉墻內(nèi)氣體成份。經(jīng)過24 h連續(xù)監(jiān)測礦井總回風(fēng)巷及2503兩巷密閉處有害氣體變化情況，地面安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)顯示有害氣體濃度有明顯下降且趨于穩(wěn)定，達(dá)到了火區(qū)壓力均衡。

第三階段：6月27日實施火區(qū)灌水滅火。在2503進(jìn)風(fēng)聯(lián)巷閉墻中部打開24 cm×12 cm的小孔，安裝注水管(3吋鋼管帶閥門)2趟，并與2503進(jìn)風(fēng)巷排水管路連通，于27日9：30開始向2503工作面灌水，截止7月4日16：00時，排水泵運行時間累計140 h，灌水總量約8 389 m3。救護(hù)隊在灌水滅火過程中連續(xù)監(jiān)測有害氣體變化情況，堅持每天取樣化驗，6月30日2503進(jìn)風(fēng)閉墻處CO下降至0 ppm，2503工作面進(jìn)風(fēng)巷有害氣體監(jiān)測情況如圖1所示；7月2日2503回風(fēng)閉墻處CO下降至0 ppm，2503工作面回風(fēng)巷有害氣體監(jiān)測情況如圖2所示；根據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)顯示判斷，灌水滅火工作取得了實質(zhì)性進(jìn)展。

圖2 回風(fēng)巷CO濃度監(jiān)測曲線圖

第四階段：火區(qū)熄滅判定。經(jīng)7月3日救護(hù)隊取樣分析2503回風(fēng)密閉墻內(nèi)，CO濃度為3.98 ppm，CH4濃度為7.62%，CO2濃度為6.88%，O2濃度為11.62%，溫度25 ℃；2503進(jìn)風(fēng)密閉墻內(nèi)，CO濃度為0 ppm，CH4濃度為0.03%，CO2濃度為0.084%，O2濃度為20.2%，溫度25 ℃。通過對2503工作面灌水滅火情況及現(xiàn)場氣體監(jiān)測和取樣化驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，認(rèn)定2503工作面灌水達(dá)到預(yù)期位置，隔絕了火區(qū)供氧條件，取得了滅火工作的初步成果，礦井可轉(zhuǎn)入恢復(fù)生產(chǎn)前的整改工作。

3 滅火過程中采取的措施

3.1 礦井火災(zāi)治理前期安全保障措施

人員管理：嚴(yán)格人員管理，控制入井人員數(shù)量，井口及調(diào)度室做好入井人員登記。

泵水人員遠(yuǎn)程操作：為確保主井底清理巷泵水人員安全，將潛水泵開關(guān)移到風(fēng)門外進(jìn)風(fēng)巷，實行遠(yuǎn)程控制，避免泵水人員進(jìn)入危險區(qū)。

完善監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)：增設(shè)2503回風(fēng)巷監(jiān)測點、2503進(jìn)風(fēng)巷監(jiān)測點、4#煤回風(fēng)監(jiān)測點，分別在2503回風(fēng)巷口向回風(fēng)5 m處、2503進(jìn)風(fēng)巷口向回風(fēng)5 m處及4#煤回風(fēng)密閉處安裝CO、CH4溫度傳感器，實現(xiàn)有害氣體連續(xù)監(jiān)測。

排查供電隱患：礦井供電系統(tǒng)，確保礦井供電安全，特別是主通風(fēng)機(jī)、副立井提升絞車雙回路供電及安全運行。

3.2 滅火過程中采取的措施

控制入井人數(shù)：滅火期間嚴(yán)格控制入井人數(shù)，井口和調(diào)度室進(jìn)行入井登記，準(zhǔn)確掌握井下人員動向，以便緊急情況通知撤離。

救護(hù)隊到位檢測：滅火期間救護(hù)隊24 h不間斷監(jiān)測井下有害氣體變化情況，每2 h向指揮部匯報一次，并按要求采氣樣分析化驗。

4 結(jié)語

2503工作面滅火工作實施后取得了階段性成果，但在滅火過程中還存在一些不足和問題：主要表現(xiàn)在受礦井基礎(chǔ)資料與2503工作面地質(zhì)資料不全影響，導(dǎo)致滅火灌水量計算不準(zhǔn)確，不能準(zhǔn)確判定灌水位置；在氣體監(jiān)測中由于人員的不確定，測定位置、采樣周期不固定等因素影響，造成取樣分析結(jié)果波動較大，對滅火方案的實施和效果預(yù)判產(chǎn)生了一定影響。在以后的滅火工作中應(yīng)吸取教訓(xùn)，取得更好的滅火效果。